核電廠輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試

王旭辰，崔澤朋

（中核控制系統(tǒng)工程有限公司，北京 100176）

核電廠與其它種類電站的主要差別是核反應(yīng)堆運行中伴有輻射產(chǎn)生,所以輻射監(jiān)測系統(tǒng)是核電廠必不可少的組成部分[1]。核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱KRT系統(tǒng))主要用于監(jiān)測核電廠工藝系統(tǒng)、排出流、電站工作人員和環(huán)境的放射性水平,通過對核電廠某些工藝過程和設(shè)備進行監(jiān)測,從輻射水平的高低來發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否有效、是否正常運行；另外,通過對屏障完整性及有效性進行監(jiān)測,從而保證核電廠的安全運行并保證工作人員能安全工作,防止任何劑量事故的發(fā)生[1-4]。

核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)通常分為3個層次:即輻射探測、數(shù)據(jù)測量和顯示以及中央數(shù)據(jù)采集和管理[1]。方家山核電工程KRT系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集由分布式控制系統(tǒng)(DCS)完成，確保了數(shù)據(jù)采集的安全性、可靠性，各監(jiān)測道數(shù)據(jù)單獨上傳，有效避免了數(shù)據(jù)采集的瓶頸，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡潔，實現(xiàn)了KRT系統(tǒng)由專用系統(tǒng)向DCS統(tǒng)一管理下的通用系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，并在全廠DCS系統(tǒng)上層設(shè)置了KRT信息管理系統(tǒng)集中管理和顯示輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)[5]。

KRT信息管理系統(tǒng)主要功能為輻射監(jiān)測信息數(shù)據(jù)管理，它從DCS系統(tǒng)采集各KRT監(jiān)測道的測量數(shù)據(jù)、報警信息以及所需的其它系統(tǒng)信息，存儲在各機組的KRT信息服務(wù)器，其應(yīng)用程序軟件顯示KRT各監(jiān)測道的測量數(shù)據(jù)和報警信息，同時可以分析各監(jiān)測道的歷史數(shù)據(jù)變化趨勢、生成數(shù)據(jù)報表及打印等功能[6]。由于核電廠各監(jiān)測道分布非常分散，KRT信息管理系統(tǒng)有助于集中監(jiān)測各監(jiān)測道的實時數(shù)據(jù)及報警狀態(tài)，極大地減輕了輻射防護人員以及維修人員的工作量。

KRT信息管理系統(tǒng)現(xiàn)場安裝與調(diào)試包括設(shè)備安裝、光纜敷設(shè)及光纖熔接、系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)配置、與全廠時鐘服務(wù)器同步調(diào)試、與DCS 數(shù)據(jù)通訊接口調(diào)試、系統(tǒng)軟件改進升級。本文基于方家山核電工程KRT信息管理系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗主要介紹本系統(tǒng)與全廠時鐘服務(wù)器同步調(diào)試、與DCS數(shù)據(jù)接口通信調(diào)試以及在現(xiàn)場調(diào)試中由用戶提出的改進項及解決方法。

1 KRT信息管理系統(tǒng)簡介

KRT信息管理系統(tǒng)由信息服務(wù)器、遠程工作站和查詢站以及打印機、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等組成。信息服務(wù)器作為重要的數(shù)據(jù)存儲中心，采用冗余配置，實時接收來自DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將歷史數(shù)據(jù)長期歸檔；遠程操作站為操縱員提供顯示、數(shù)據(jù)報表、報警閾值查詢等功能；WEB服務(wù)器將KRT系統(tǒng)的監(jiān)測信息以網(wǎng)頁形式發(fā)布，為查詢站提供網(wǎng)頁服務(wù)，方便進入輻射防護區(qū)的工作人員在查詢站獲取輻射監(jiān)測信息。KRT信息管理系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 KRT信息管理系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)圖Fig.1 KRT information management system function diagram

2 全廠授時調(diào)試

在KRT信息管理系統(tǒng)中,許多功能都與時間密切相關(guān),如趨勢、過程報警、事件記錄等,因此整個系統(tǒng)始終保持與全廠時鐘同步非常關(guān)鍵[7]。使用互聯(lián)網(wǎng)同步計算機時間十分方便，這種方式在局域網(wǎng)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。NTP(Network Time Protocol)是用來使計算機時間同步化的一種協(xié)議，它可以使計算機對其時鐘服務(wù)器做同步化。微軟公司已將網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NTP）集成到windows操作系統(tǒng)當中，只要能聯(lián)網(wǎng)并對計算機進行設(shè)置就可以進行局域網(wǎng)內(nèi)的計算機時間校準。KRT信息管理系統(tǒng)信息服務(wù)器采用NTP協(xié)議通過以太網(wǎng)向核電廠時鐘服務(wù)器進行時鐘同步。

由于KRT 信息管理系統(tǒng)的信息服務(wù)器與全廠時鐘服務(wù)器在同一層高，距離較近，所以在現(xiàn)場調(diào)試中采用屏蔽雙絞線將KRT 信息管理系統(tǒng)的信息服務(wù)器與全廠時鐘服務(wù)器進行物理連接，全廠時鐘服務(wù)器為KRT信息管理系統(tǒng)的信息服務(wù)器提供兩個IP地址作為時鐘源。KRT信息管理系統(tǒng)采用多級時間服務(wù)器來解決精度問題, 且首先需要關(guān)閉作為NTP服務(wù)器的Windows系統(tǒng)自帶的防火墻，否則將同步不成功。如圖2所示，信息服務(wù)器將和核電廠全廠時間服務(wù)器同步時鐘，并為KRT信息管理系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)提供標準時鐘源；遠程操作站和網(wǎng)頁服務(wù)器直接向信息服務(wù)器同步時鐘；查詢站向網(wǎng)頁服務(wù)器同步時鐘。兩臺信息服務(wù)器采用主從方式配置來完成KRT信息管理系統(tǒng)的時鐘校準，即：正常工作時，主站服務(wù)器（信息服務(wù)器1）為整個KRT信息管理系統(tǒng)（除信息服務(wù)器2外）提供標準時鐘；如圖2中實線所示，當主站服務(wù)器故障，不能提供標準時鐘信號時，從站服務(wù)器會成為KRT信息管理系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的標準時鐘源，它會向全廠時鐘服務(wù)器GPS同步時鐘，并成為遠程操作站和網(wǎng)頁服務(wù)器的時鐘同步服務(wù)器，如圖2中虛線所示。

圖2 KRT信息管理系統(tǒng)時鐘同步拓撲圖Fig.2 KRT topology information management system clock synchronization

圖3 KRT-DCS數(shù)據(jù)接口網(wǎng)絡(luò)拓撲圖Fig.3 KRT - DCS data interface network topology

3 與DCS數(shù)據(jù)通訊接口調(diào)試

DCS負責采集KRT各監(jiān)測道就地數(shù)據(jù)并通過以太網(wǎng)上傳到KRT 信息管理系統(tǒng)，DCS-KRT信息管理系統(tǒng)接口網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示。在現(xiàn)場調(diào)試期間首先要確定KRT信息管理系統(tǒng)所需的全部數(shù)據(jù)點（包括數(shù)字量及模擬量）以及每個數(shù)據(jù)點的所有參數(shù)。在本次調(diào)試中，首先確定每個數(shù)據(jù)點的實際數(shù)據(jù)以及其有效性兩個參數(shù)，然后將所有數(shù)據(jù)點以及其參數(shù)生成xml配置文件。DCS Level2網(wǎng)關(guān)服務(wù)器文件生成程序會讀取xm l配置文件定期生成csv格式的數(shù)據(jù)文件并通過單向隔離裝置發(fā)送給KRT信息管理系統(tǒng)的兩臺信息服務(wù)器，KRT信息服務(wù)器接受到數(shù)據(jù)文件通過數(shù)據(jù)解析程序?qū)崟r數(shù)據(jù)寫入實時數(shù)據(jù)庫中。KRT-DCS數(shù)據(jù)通訊接口調(diào)試包括網(wǎng)絡(luò)物理連接，單向傳輸軟件安裝及配置，單向隔離裝置配置，數(shù)據(jù)文件解析程序調(diào)試。

3.1 接口網(wǎng)絡(luò)物理連接

在調(diào)試與DCS接口通訊時首先要對雙方設(shè)備進行物理連接,網(wǎng)絡(luò)物理接連介質(zhì)要根據(jù)雙方的實際傳輸距離、傳輸速率、環(huán)境等因素決定。KRT信息管理系統(tǒng)在設(shè)計初期已經(jīng)為DCS同時預(yù)留了SC光纖接口以及RJ45 網(wǎng)口。

DCS level2單向隔離裝置為KRT 信息管理系統(tǒng)預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)接口為RJ45口。DCS level2網(wǎng)關(guān)服務(wù)器機柜和KRT信息服務(wù)器機柜分別位于電氣廠房的11.5m和15.5m層高，實際布線距離遠小于100m,在雙絞線所允許的最遠傳輸距離之內(nèi)；DCS 給KRT信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸實時性要求較高但數(shù)據(jù)量較少,所以在現(xiàn)場采用抗干擾性能較好的超五類屏蔽雙絞線進行物理連接既可以滿足數(shù)據(jù)傳輸要求且不需要在DCS level2網(wǎng)關(guān)服務(wù)器機柜中增加光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。

3.2 單向隔離裝置安裝及配置

由于DCS到KRT信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為單向傳輸,所以該數(shù)據(jù)接口采用國產(chǎn)南瑞SysKeeper-2000網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置(正向型單比特版)及配套的單向傳輸軟件。

SysKeeper-2000網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置部署在網(wǎng)絡(luò)的唯一出口處,通過內(nèi)網(wǎng)接口和外網(wǎng)接口分別與內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)相連。單向隔離裝置分為“Private”區(qū)和“Public”區(qū)，數(shù)據(jù)文件只能從“Private”端傳向“Public”端，所以DCS Level2網(wǎng)關(guān)服務(wù)器應(yīng)該連接到“Private”端 ，KRT 信息服務(wù)器應(yīng)該連接到“Public”端。

SysKeeper-2000單向文件傳輸裝置有專用的配置工具“SysKeeper2000正向配置管理軟件”。用隨機附帶的配置串口線連接到安全隔離裝置的內(nèi)網(wǎng)配置串口(console)對其進行配置；SysKeeper-2000支持多任務(wù)設(shè)置，根據(jù)DCSKRT信息管理系統(tǒng)接口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在每臺單向隔離裝置上需要配置四條任務(wù)規(guī)則，依據(jù)原設(shè)備IP地址和目的設(shè)備IP地址設(shè)定雙方設(shè)備的虛擬IP地址，協(xié)議類型為TCP/IP，在配置規(guī)則時要注意以下兩點：

1）每臺單向隔離裝置給KRT信息管理系統(tǒng)預(yù)留了一個RJ45網(wǎng)口，所以在配置每條規(guī)則時要選取相對應(yīng)的網(wǎng)卡。

2）外網(wǎng)端口要與每條規(guī)則一一對應(yīng)，且要記錄每條配置規(guī)則參數(shù)（包括虛擬IP、實際IP地址等）以便在KRT信息管理系統(tǒng)信息服務(wù)器上配置單向傳輸軟件服務(wù)器端時使用。

配置完成之后可以使用單向隔離裝置自帶的系統(tǒng)診斷工具來診斷隔離裝置與內(nèi)外網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接是否正常。

3.3 單向傳輸軟件安裝及配置

SysKeeper-2000正向文件傳輸軟件由服務(wù)端和客戶端組成,服務(wù)端安裝在外網(wǎng),進行文件傳輸時需要指定接收文件的根目錄;客戶端安裝在外網(wǎng),可以定制多個任務(wù),每個任務(wù)對應(yīng)所要發(fā)送的一個目標目錄。由于單向傳輸裝置只能從客戶端向服務(wù)器端傳輸文件,所以客戶端軟件安裝在DCS Level2 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器上,而對應(yīng)的服務(wù)器端軟件安裝在KRT信息服務(wù)器上。

SysKeeper-2000 服務(wù)器端軟件安裝及配置步驟:

1）在KRT 信息服務(wù)器上正確安裝 Java 語言的軟件開發(fā)工具包（JDK）。

2）設(shè)置環(huán)境變量“JAVA_HOME”為JDK軟件安裝目錄。

3）如果JDK 已正確安裝,那么單向傳輸軟件服務(wù)器端“NR_ZX_Server_1.0.2.jar”就可以正常運行了。

4）首先登錄軟件并設(shè)置文件傳輸任務(wù)，包括文件傳輸任務(wù)名稱、文件傳輸端口、文件存儲根目錄等參數(shù)。

5）啟動所有文件傳輸任務(wù)監(jiān)聽即可。

3.4 數(shù)據(jù)文件解析

DCS上傳數(shù)據(jù)文件為csv格式，文件內(nèi)容包括配置文件版本號、時間標簽以及在配置文件中描述的所有數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)點包括模擬量和數(shù)字量，且每個數(shù)據(jù)點都有兩個參數(shù)，一個為該數(shù)據(jù)實際值，另一個為該數(shù)據(jù)的質(zhì)量位。KRT信息管理系統(tǒng)基于其實時服務(wù)程序開發(fā)了針對csv格式上傳文件的專用解析程序。由于上傳文件中標簽點名和KRT 信息管理系統(tǒng)實時庫組態(tài)數(shù)據(jù)點名不一致，在KRT 信息管理系統(tǒng)中添加txt格式的上傳標簽點和系統(tǒng)配置標簽點一一對應(yīng)的配置文件，解析程序會自動讀取配置文件將上傳標簽點的數(shù)值寫入對應(yīng)的實時數(shù)據(jù)庫標簽點的工程值中。為方便用戶判斷數(shù)據(jù)故障，數(shù)據(jù)解析應(yīng)遵循以下原則：

1）對于模擬量，首先判斷其質(zhì)量位，如果有效，解析其實際值，如果無效，將該數(shù)據(jù)點在實時庫中的工程值置為N/A，監(jiān)控畫面上該數(shù)據(jù)點無數(shù)值顯示。

2）對于數(shù)字量，即監(jiān)測道的報警值，不判斷該數(shù)據(jù)點的質(zhì)量位，直接解析其實際值。

3）當配置文件中某個數(shù)據(jù)點或者所有數(shù)據(jù)點無法從DCS二層實時庫中取到數(shù)值時，上傳文件中標簽點實際數(shù)值為空，KRT信息管理系統(tǒng)實時庫中對應(yīng)數(shù)據(jù)點的值被置為N/A，畫面上相應(yīng)數(shù)據(jù)點無數(shù)值顯示。

圖4 信息服務(wù)器實時服務(wù)監(jiān)控畫面Fig.4 Information server service monitoring screen in real time

4 調(diào)試改進項

1）KRT信息服務(wù)器是KRT信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心,兩臺信息服務(wù)器互為冗余,其位于電氣廠房,距離生產(chǎn)辦公樓（BX）距離較遠,為方便維修工作人員在BX樓工作站就可以監(jiān)控到實時數(shù)據(jù)庫狀態(tài),迅速對由于服務(wù)器故障及網(wǎng)絡(luò)故障造成的實時數(shù)據(jù)庫停止運行做出響應(yīng),KRT信息管理系統(tǒng)基于其實時數(shù)據(jù)服務(wù)開發(fā)了信息服務(wù)器實時服務(wù)監(jiān)測程序,通過在數(shù)據(jù)庫中組態(tài)相應(yīng)的實時服務(wù)狀態(tài)數(shù)據(jù)點以及在畫面上組態(tài)信息服務(wù)器實時服務(wù)監(jiān)測點,現(xiàn)場維修人員在BX樓操作員站就可以監(jiān)測到兩臺信息服務(wù)器的實時服務(wù)狀態(tài)，實時服務(wù)監(jiān)測畫面如圖4所示。

2）用戶需要在KRT 信息管理系統(tǒng)中查詢到任意選擇時間段內(nèi)煙囪累計排放量,由煙囪排放速率積分所得。KRT信息管理系統(tǒng)基于其歷史數(shù)據(jù)庫在KRT信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)報表中增加煙囪累計排放量報表,通過對用戶選擇任意時間段內(nèi)的煙囪累計排放速率進行一定計算就可以得到該時間段內(nèi)的煙囪累計排放量，用戶可以在任一操作員站查詢煙囪累計排放量報表并打印。

5 總結(jié)

方家山核電工程KRT信息管理系統(tǒng)已經(jīng)通過現(xiàn)場設(shè)備安裝、光纜熔接、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、全廠授時調(diào)試、與DCS接口調(diào)試等在現(xiàn)場正式投運，經(jīng)過用戶體驗反饋進行軟件改進升級，完善了系統(tǒng)軟件的功能，更加方便用戶使用并進行故障診斷。

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